1、监管机构、ICH、USP已经重视方法的生命周期管理理念
在现代流程管理中，生命周期概念越来越重要。它侧重于从投资到运营到淘汰的全部成本，近年来这个概念也应用于分析方法。分析方法的生命周期包括设计，开发，验证（包括仪器校正、方法学验证和方法转移）和方法的终止。
监管机构也增强了对分析方法生命周期的管理意识，因此，国际人用药品注册技术协调会（ICH）以及美国药典论坛讨论纳入包括分析方法生命周期管理的新指南，美国药典验证组和专家验证组已经提出了将一个新的通用章节（1220）“分析方法的生命周期“整合到美国药典（USP）中。而且，在非监管环境下，对生命周期管理的关注度也越来越高。
基于方法开发的结果增加了方法的耐用性，因此，减少方法学验证和审批后变更的工作量，以及最小化不规范结果的风险有助于降低该方法在其生命周期中的成本。
2、USP1220分析方法的生命周期
分析方法生成的数据应用于各种领域。这些数据是决策的依据，因此，数据有效性是非常重要的，方法需要能够稳定地提供这些数据。在Web-of-Science的数据库中搜索“生命周期管理”主题，科学文献中首次提及“生命周期管理”的概念是在1950年，加拿大国防总部Baglow指出生命周期管理的重点是设备或系统运营的总成本。在接下来的几年里，随着关注度的提高，有关科学出版物也越来越多，如图1所示。总之，在Web-of-Science数据库中搜索到940份手稿，在我们的审查中，我们关注于制药领域的方法即化学方法，使用关键词“生命周期管理”和“制药”进行搜索，获得了58篇文章，第一次出版日期是2003年（图1），在“化学分析”类别中搜索“生命周期管理”，14篇文章被识别。
图1：根据Web-of-Science数据库中1990-2016年的引文数量，2017/04/25，关键词搜索“生命周期”（白色条），“生命周期”和“制药”（阴影条）。
分析方法生命周期概念，如图2所示。它包括质量源于设计（QbD）中方法开发，验证和使用，可能被视为方法开发和方法验证之间的联系[2,3]。
图2：分析方法的生命周期管理
到目前为止，关于分析生命周期的四篇代表性文章已经在美国药典论坛发表[4-7]：
分析方法的生命周期管理：方法开发，程序评估和程序验证
适用性：决策标准和目标测量不确定度
分析控制策略
分析目标方案：整个分析生命周期的结构和应用
最近，美国药典验证组和专家验证组已经提出了将一个新的通用章节（1220）“分析方法的生命周期“整合到美国药典（USP）中[8]。在现代生命周期模型概念的转变过程中，对基于工艺验证的分析方法进行了讨论，在整个方法的所有阶段，综合考虑方法和风险管理，以确保有效的数据生成和提高方法的可靠性。
将生命周期管理概念应用于分析方法提供了一个机会，使用从科学和质量风险管理的应用获得的知识来持续改进和保证数据质量。分析方法生命周期管理包括分析方法开发、改进、评估、验证、转移和与药品生产质量管理规范（GMP）相关的维护[15]。分析方法的生命周期方法充分利用了QbD，是现有指南的延伸[6]。
3、分析方法目标（ATP）
正如马丁等人在其代表性文章[8]中所述的“分析方法生命周期的一个基本组成部分是有一个规定分析方法的性能要求的目标，这些要求描述在ATP。
ATP可以被看作是分析方法生命周期的一个参考点，自1998年以来，“设置分析要求”已经在Eurachem指南[16]中被提到（图3），它与ICH Q8中的质量目标产品概况（QTPP）相当[12]，但转移到分析方法或ICH Q5E [17]中提到的关于生物技术产品的关键质量属性（CQA）。ATP是分析方法需要的书面记录，应该建立在方法开发之前，并与方法的目的相关联，而不是与特定的分析技术相关联。这意味着任何符合ATP的分析方法都是可以接受的[18]。
图3：在分析目标方案（ATP）中描述的方法开发和验证过程
ATP标准应基于分析方法的预期用途，用户规范或法规要求和指南可作为ATP的基础。如果没有预先设定外部参数，实验室应选择合适的方法（ISO / IEC17025，5.4.2）。在定量方法的情况下，ATP常常基于目标测量不确定度（TMU），这是可报告结果中的最大可接受的不确定性，必须通过方法来确定[4,19]。TMU转移到定性方法中也可以是限度和检测能力[20]。
因此，合规性评估的关键是“决策规则”的概念，基于测量的数量值的不确定性和规定的限制，考虑到可接受的错误决策的概率，给出了一个产品的接受或拒绝的方案[4,19]。决策规则的概念也在共识标准文件中被描述，例如美国机械工程师学会（ASME）的“决策规则指南”，Eurachem 指南“在合规性评估中使用不确定性信息”和国际标准化组织（ISO）的“测量不确定度表示指南（GUM）”[21-23]。
取决于方法的预期用途，方法的典型要求可以包括性能准则的准确度、精密度、专属性、灵敏度、线性和/或耐用性，但也包括样品周转时间、吞吐量、分析总成本和操作简便性。
作为药物杂质方法的ATP的一个例子，Barnett等[6]基于药物在杂质和赋形剂存在下准确量化药物的要求，提出了100.0％±3.0％的准确度和≤1.0％的精确度。一旦ATP被定，分析人员对最可能提供符合ATP的分析数据/结果的分析方法进行选择。随后，生命周期可以继续方法设计和风险评估。作为先决条件，ATP应用在分析方法生命周期的各个阶段，如图2所示[6]。
4、方法的设计
分析方法的生命周期的下一步是方法的设计。为了完成方法开发，了解方法基础是非常重要的，关键变量如何影响分析是必需的[62]。此外，重要的是在开发阶段要考虑全面，包括样品制备和准备参考方案[24]以确保最终方法是稳定的和适合于目的的。因此，方法设计不会只考虑ATP，还要考虑分析室的能力和教育水平，结合以下主题，方法开发，方法设计被马丁等人认为是生命周期的第一阶段[8]。
5、分析方法的开发
方法开发中的策略受到方法设计过程中选择的分析类型的强烈影响。适用于复杂样品的样品制备方案通常对于方法的结果至关重要。当尝试太少时，可能会遇到不良或不可重现以及方法耐用性问题，增加方法转移的难度，甚至缩短仪器寿命[24,25]。大多数分析技术需要分析物为均一溶液，因此固体样品的溶解是必要的。只有一些技术如拉曼或近红外（NIR）光谱可以直接分析固体样品[26,27]。样品制备的其他步骤可能是为了减少基质成分，并提高整个方法的专属性。生物分析样品通常需要在分析前进一步浓缩分析物或者有时还要分离偶联物。常见的样品制备步骤包括（支持的）液 - 液相或固相萃取，免疫净化，水解，有时还需要分析物的衍生化（例如包含荧光团等）。药物产品和生物分析方法的不同样品制备技术的总结在文献中可以找到[24,28-40]。
在目前的制药应用中以高效液相色谱法（HPLC）为基础的方法被认为是最相关的分析技术，文章中用它们来举例说明不同的可能性。基于类比来完成其他技术的转移。
5.1 用于方法开发的仪器
HPLC系统有几个组件可用于方法开发[41]。HPLC系统可以是模块化的或整体，利用等度或梯度洗脱，方法开发中的关键步骤是流动相和柱子筛选，用于进一步方法优化的起始系统包括梯度溶剂输送器，溶剂比例阀，带有用于多列选择的阀的柱温箱，自动进样器，如果可能的话，多种检测器功能，包括二极管的多种检测器功能阵列和质谱。
这个系统是能够提供流动相（通常是3种有机溶剂和6种不同pH值的缓冲液）组成不同极性，pH值和四根及以上色谱柱不同柱温运行[42]。另外不同的检测器可能有助于识别分析物并在ATP中评估最佳的选择。即使不会是最终的方法，质谱检测也可用于峰值跟踪。
Snyder等人提出的疏水性减影模型（产品质量研究所（PQRI）方法）可以评价任何选定的等效和/或正交色谱柱[43]，超过650根已经通过测试，表征已添加到数据库[44]。该数据库可在USP网站上获得[http://www.usp.org/pqri-approach-column-equiv-tool，17/04/24访问]。
通常，HPLC系统至少可用30年，通过引进超高效液相色谱（UHPLC）系统取得了显著的进步，由于它们的操作压力高达20,000psi（1300bar），这些系统允许使用填充2μm颗粒的色谱柱[45-56]。即使常规方法很少以真正的超高压运行，UHPLC系统仍被认为是方法开发实验室的标准设备，主要是由于减少了系统分散和驻留体积以及提高了精密度和灵敏度（10），此外，分析速度更快，溶剂消耗量更低，量化限值更低[57]，这也符合成本控制中在经济环境中获得更好和更快信息的要求[58]。
5.2 传统的方法开发方法
战略性方法开发取决于知识和样本的复杂性，分析师的经验和直觉，材料的可用性，如柱子和溶剂，以及目标物的分离度。关键的方法参数的确定需要专注于相关的实验，在过去，选择最终分离的条件（方法开发）通常是采用试错法[59]，例如通过单因素考察（OFAT）检测分离度直到找到合适的方法。这种方法非常耗时，特别是在那些多个参数被确定为方法开发的关键参数的情况下。这通常会导致非常多的实验作为合理方法开发的基础。另外，这个方法往往会不耐用（“新”峰，其他峰的消失和临界峰值的变化），特别是在转入另一个实验室时，并未考虑色谱参数（因子）之间的作用[60-62]。
因此，传统的方法开发策略有很高的失败的风险（例如，不确定的不规范结果），并且在方法转移或替代方法时总是需要方法的重新验证，从而可能会导致方法成本的增加[63]。
因此，需要开发色谱条件，以更系统的方法筛选色谱柱和流动相，以获取有关参数并设定分离的最优条件。
5.3 系统的方法开发
与传统方法相比，更为系统化的方法是使用统计方法和软件辅助工具作为方法开发中快速有效的工具。在过去的几年中，对系统的方法开发策略进行了大量的研究[41,64-68] ，FDA中的“21世纪制药业动态药品生产质量管理规范（cGMPs）-基于风险的方法”也建议采用系统的方法[69]。在FDA确定药品生产问题尚未完全明了的情况下，新的最先进的技术的实施是比其他行业慢[70,71]。该举措导致ICH发布了一系列新的指导方针：
2005年发布的ICH准则Q8和Q9，为药物开发和风险管理提供了指导，而2008年发布的Q10描述了一个全面的综合药品质量体系[10-12]。2012年，增加了关于原料药开发和生产的Q11指南[13]。这些指南旨在以更科学和风险为基础的方法，使制药行业的药物开发和生产方法现代化[72]。虽然ICH准则Q8没有明确提及分析方法的开发，但是在药物开发中要求使用QbD方法，这也可以看作是推荐QbD分析方法的。正如修订后的ICH准则Q8（R2）所定义的，“系统的方法开发是以预定目标开始，基于完善的科学和质量风险管理，强调产品、过程的理解和过程控制“[12] 。QbD是由Joseph Juran[73]首先提出的一个概念，他指出“产品特征和故障率在很大程度上取决于质量计划”，这意味着质量必须被设计成一个产品或一个过程，不能被测试。
QbD概念可以扩展到分析方法，并以系统的方法得到结果，包括方法目标的定义，风险评估，设计空间（DS）的制定，实施控制策略和持续改进增加方法的耐用性和知识（图4）。为了将这与QbD概念区分开来，在最近的出版物中通常被称为分析质量源于设计（AQbD）[63,74-83]。
图4：ICH准则Q8中提到的产品质量设计程序，转换为质量设计的分析方法
AQbD包括一个早期的以明确确定影响分析方法性能的方法参数的风险评估，但也包括与样品制备，仪器配置和环境条件等变异相关的风险[63]。质量风险管理（QRM）过程在ICH Q9指南[11]中有详细描述，包括风险评估和风险控制。风险评估通过使用“鱼骨”（Ishikawa）图表或失效模式影响分析（FMEA）和优先矩阵（PM），在分析方法的开发的不同阶段中评估对方法性能影响最大的方法因素，并定义哪个需要进一步调查[72,84,85]。
使用QbD方法，系统方法开发的基本原理没有改变。然而，通过实验设计（DoE）策略，为该方法设计的质量需求有所增加。早期风险评估的引入有助于确定关键的分析参数，并专注于方法开发[60,86]。更深入的了解在实验室中我们正在做什么以及为什么我们这样做是必需的。这个想法是在方法的早期阶段投入更多的时间，考虑全面和良好的科学知识，防止以后出现问题（例如，由于该方法的不耐用性导致的经常性不确定的不规范结果）[6,87] 。
这种方法的新颖性和前景是，特定方法的设计空间（DS）或方法可操作设计区域（MODR）内的修改，可以被看作是调整而不是（批准后）改变[60,85]。
5.3.1 基于化学计量的方法开发
在全部或部分因子设计中，进行一组实验（DoE），其中同时改变一个或多个因子，使用统计工具，可以计算每个因子对分离度的影响，数据用于在一个方法中寻找最佳条件。典型的例子是Plackett-Burman设计的广泛使用，这个设计说明了不同因素之间的相互依赖关系，只有在这个设计中包含了一系列因素才需要多步骤的方法。作为替代中心组合Rechtschaffen和Box-Behnken设计可用于方法开发[82,83,88-95]。Rakic等[93]发现中心组合设计优于两个和三个全因子如Box-Behnken在色谱方法开发中的设计。他们获得了更好的模型，同时减少了实验所需的模型数量。
通过使用DoE（例如全部或部分因子设计，Plackett-Burman设计），最重要的参数（影响因子）被同时优化，以评估个别和组合的关键参数的影响。例如，两个（n）水平的方法参数导致8个（E = np）实验运行[18]。
DoE的输出导致了一个全面的操作条件区域，即所谓的设计空间（DS）或方法可操作设计区域（MODR）[12,63,72,80,81,96-102]的识别。
在DS（orMODR）方法中选择一个工作点后，执行验证以确认该方法满足先前定义的方法目标（分析目标方案，ATP）的要求，进一步的方法验证应严格符合法规[103 ] 。
基于化学计量学的方法开发程序是通用方法，并且也可用于反相（RP-）HPLC以外的方法的开发[75,82,83,94,95,104-112]，即其他色谱，还有电泳，光谱或生物化学方法[113-121]。
5.3.2 建模软件辅助方法开发
作为方法开发的替代方法，可以使用辅助软件来预测选定条件下的色谱图[122]。专门为RP-HPLC方法开发设计的市售溶液的例子是DryLab，Fusion LC方法开发，ChromSword，ACD/AutoChrom或ACD / LC模拟器。基于少数实验，当改变流动相组比例，pH值，温度，流速或柱尺寸和粒径时，这些软件可以预测反相液相色谱中峰的移动和分离度[60,96,123–129]。
5.4基于分析物方法开发的预测
HPLC方法开发的另一个策略是基于分子结构或物理化学性质，例如样品组分的logP，logD和pKa来估计它们的保留时间和最佳分离条件[65,130,131]。
早在20世纪80年代，在科学文献[132-134]中就讨论了色谱保留时间的预测。近年来，许多出版物记录了对保留时间的预测[77,131,135-164]。定量结构活性（QSAR），性质（QSPR）或保留关系（QSRR）可以为保留时间的预测提供基础[77,135,141-147,152]。
随着代谢组学或一般非目标分析的兴起，基于结构的保留时间预测获得更多的兴趣。即使AMMS能够通过其化学组成鉴定化合物，并最终通过串联质谱MS的片段分配而给出结构信息，在这种情况下使用HPLC连接到AMMS/ MS，仍然可能有许多异构化合物不能区分。为了进一步减少大多数确定性鉴定的潜在候选数量（等级1 [165]），基于结构的保留时间预测可能具有很大的价值[143,144,147,149,166-168]。
6、分析方法的验证
在方法开发之后，方法验证是必需的。它被Martin等人[8]称为生命周期的第二阶段。ICH指导原则Q2“分析方法的验证：正文和方法论”[103]推荐了药物分析方法。根据FDA指南[9]中的术语，“方法验证”也称为“方法性能验证”。为了更好地符合FDA的“cGMPs-基于风险的方法”和ICH 指导原则Q8、Q9、Q10，该指南于2011年进行了修订，并构成了产品生命周期概念[10-12,69]。
如前所述，过程质量管理和方法验证[16-172]都可以从产品生命周期的概念中受益。因此，Ermer和Ploss [171]将方法验证定义为“数据的收集和评估，方法设计阶段的知识贯穿其使用周期，并建立科学证据，证明方法能够始终如一地提供高质量的数据”。
方法性能验证的目的是确认该方法如ATP中预期的那样运行，在实验室中常规使用该程序，在这种情况下，它可能取代目前的方法转移[173]。方法验证通常包括专属性，线性（校准模型），准确度（偏差），精确度，检测限（LOD），定量限（LLOQ和ULOQ），稳定性，重现性，耐用性，基质效应等[103,174-177]，个体的相关性很大程度上取决于ATP。辅助方法验证的实验装置可以从诸如用于药物产品分析的ICH [103]，FDA指南或用于生物分析方法的EU EMA指南[177-179]或国际毒理学家[175]等组织获得。由于根本的区别，血液学和流式细胞计数方法[180,181]在应用特定指南的技术或共识文件可用于验证。
带有生命周期概念的QbD方法的开发也可能导致一个合适方法验证的综合数据收集[182-186]。
7、分析方法的转移
将流程转移到替代站点发生在大多数产品的生命周期的某个阶段，从开发，放大，制造，生产、申报到批准后阶段[187]。对于分析方法的转移，也有类似的程序[6]。目前的方法转移根据USP 通用章节1224的要求转移[193]，包括比较测试，方法共验，方法验证或重新确认或作为替代策略转让豁免[188-192] 。
如Nethercote和Ermer [170]在生命周期概念中所指出的，分析方法的转移可以被认为是方法性能的验证，参与风险评估确定，这也被认为是生命周期管理和连续方法验证的附加优势[170,172]。需要特别注意的是配体结合或免疫测定等方法，结果可能会受到载体和一些关键试剂的影响[194]。
8、连续的分析方法性能验证
一旦方法开发和验证完成，在方法生命周期中基于风险评估和可用的数据建立方法控制策略，然后将该方法用于常规使用，持续监测方法性能随时间的变化（例如，通过使用控制图表），并在需要时可以进行改进[63,84]。
性能验证作为方法生命周期的一个重要方面，用于检查该方法在常规使用中的运行情况，结果数据是否适合其预期用途（意思是准确度和精密度）。关于“验证常规或连续使用的分析系统的可接受的性能水平”可以在USP通用章节1010“分析数据 - 解释和处理”[193]中找到，它包括用于分析性能数据的常规监测的连续程序，并且可以通过跟踪实际样品或标准结果（趋势分析图），系统适用性数据的趋势，评估稳定性研究和/或参考批次数据的精密度[5,193,195,196]。验证实验还应证明方法在参数范围内通过变量的目标值从低到高的耐用性[63]。
如果数据表明方法不能按预期运行（例如，实验室的相关信息不符合规定的结果），则应该对变异的根本原因进行评估。本次调查的结果可能会导致方法的改变从而改善（新）方法的性能[197,198]。改变的本质决定了所需要采取的行动：它可能是对方法设计（阶段1）的改变和/或导致重新验证（阶段2）。
对于方法开发来说质量设计方法的优势之一是方法在可操作设计区域内的批准后变更可能被视为一种调整，不需要监管部门的批准。
9、适用性的概念
为了确保高质量的分析测量，Wenclawiak等人[199]指出，“应该使用已经测试过的方法和设备来确保它们符合目的”，这也包括合格的人员和工作环境。因此，达到预定的ATP和持续评估在分析方法的整个生命周期中都是非常重要的。根据EURACHEM [16]，“方法验证使化学家能够证明方法的适用性”。在方法性能鉴定和验证过程中为了评估分析方法数据的适用性，需要根据预先设定的ATP [200-202]进行判断。根据Traple 等人、Guigues等人，分析数据的可信度和测量的不确定性应该被用作衡量[201-203]，此外，也需要考虑ATP的其他参数。
但是，仪器的资质和系统可以对分析生命周期产生积极或消极的影响，如果分析系统安装不正确，环境不适合仪器，或仪器操作不正确，分析数据/结果无效。因此，系统适用性试验应被视为分析方法的组成部分[103]。
根据美国药典通则1058 [204]，分析仪器的资质被视为数据可靠性和一致性（数据质量）的基础。根据QbD原则，“4Q模型”的质量评估过程通常用于证明分析仪器的适用性[204,205]。4Q模型的质量评估过程由四个部分组成。如图5所示，质量验证过程从设计质量（DQ）开始，其中将仪器的要求（用户要求标准，URS）与仪器制造商的说明进行比较，订购和交付系统后，开始安装确认（IQ）阶段并交付附有部件的文件，所有模块的安装以及为用户提供的培训。在操作认证（OQ）期间，仪器在标准条件下进行测试，从而根据规范确认仪器的正确操作。之后，质量验证（PQ）通过仪器在实际条件下使用和良好的科学实践[205]解决仪器的适用性。
图5：“4Q模式”中的分析仪器校验认证
每次将新仪器安装到实验室中时，都会执行完整的4Q质量检测程序。在仪器生命周期的特定时间段内（通常与预防性维护程序相关联），必须对现有仪器进行重新验证，以证明系统仍然适用。另外，当仪器的位置有变化时，仪器经过大的修理或修改，应该重复IQ、OQ和/或PQ测试[86]。
根据USP 1058“分析仪器校验”[193]，实验室设备风险管理分为组A至C：
A组：标准实验室设备（磁力搅拌器，蒸发器等），无需测量，无需校准，无需校验认证
B组：具有测量能力的标准实验室设备需要校准（例如天平，pH计和温度计）。IQ和OQ阶段记录应符合用户要求的情况。
C组：复杂的仪器和计算机化的分析系统。所有的鉴定阶段都应符合用户要求。除溶出度测定仪和光谱仪外，所有HPLC系统均被归类为C类仪器。
作为风险管理的一部分，仪器分类用来确定所需的质量验证，以证明其适用性。例如，在HPLC分析中，在欧洲药典（Ph.Eur.）章节2.2.46 [206]和USP药典621章 [193] 中频繁的系统适用性试验可以看作是对其预期用途的持续性能评估。因此，控制图中系统适用性数据的趋势有助于识别和理解潜在问题并采取预防措施，防止发生重大问题[72,204,207]。
10、分析方法的终止
方法终止作为方法生命周期的最后阶段，也应遵循质量管理原则。一方面需要考虑数据存储，特别是该方法用于受管制的环境下，然而，越来越多的研究机构放弃原始数据存储。为了能够在原始分析方法终止后的数年内重新评估数据，还需要考虑相关软件的存储[208]。由于范围的变化可以完全终止一种方法，或者新的方法可能也是基于这个结论，以满足新的ATP要求[209]。如果新的方法是基于被终止的分析方法，早期的一些研究可能会用到。
11、展望
制药行业内实施的ICH准则Q8~Q11，以更科学和风险管理为基础的方法，将目前的药物开发和制造方法现代化。虽然ICH准则Q8没有明确提及分析方法开发，但是在药物开发中要求使用QbD方法[14]，因此，QbD的概念可以扩展到分析方法，USP的代表性文章也遵循了这个趋势。
尽管ICH准则 Q8、Q9、Q10、Q11中提供了更科学和基于风险的方法来评估整个生命周期中的变化，但仍存在一些限制完全实现预期效益的缺陷，预期的批准后灵活性没有实现。因此，新提出的ICH准则Q12将提供批准后变更指导，以便在整个产品生命周期中以可预测和有效的方式管理。采用这一新的ICH指导方针将促进创新和持续改进，并加强产品的质量保证和可靠供应[Q12]。关于分析方法的生命周期的ICH指导原则和USP新通则还在继续讨论中。
